硅薄膜柔性太陽能電池的制備與特性研究.pdf

1、硅薄膜柔性太陽能電池具有高的比功率、可折疊、便于攜帶等優(yōu)點,是一種理想的可再生性能源。經(jīng)過近20年的發(fā)展,以非晶硅電池為代表的硅薄膜柔性太陽能電池已取得了長遠的進步,但也存在明顯的不足,如轉(zhuǎn)換效率不高,穩(wěn)定性較差等。針對所存在的問題,我們對柔性基底,太陽能電池的p、i、n層材料,p/i界面,光伏特性及穩(wěn)定性等進行了研究。采用等離子體輔助化學(xué)汽相沉積技術(shù)(PECVD),在臨近非晶/微晶的過渡生長區(qū),得到了較高效率與穩(wěn)定性的硅薄膜柔性太陽能

2、電池。
　　 論文主要完成了以下幾個方面的研究工作:
　　 1.柔性基底處理及背電極的影響研究
　　 對柔性不銹鋼基底進行拋光,再沉積Ag/ZnO復(fù)合電極。采用Raman譜儀、X射線衍射譜儀、及掃描電子顯微鏡等對不銹鋼/Ag/ZnO基底進行分析,研究表面處理對柔性基底結(jié)構(gòu)及表面形貌的影響。在普通不銹鋼及不銹鋼/Ag/ZnO基底上制備n型納米硅薄膜與穩(wěn)定的硅薄膜柔性太陽能電池,研究基底處理及背電極對硅薄膜材料及太陽

3、能電池性能的影響。結(jié)果表明:經(jīng)過處理后的不銹鋼/Ag/ZnO基底能改善所沉積硅薄膜的性能,提高柔性太陽能電池的短路電流、開路電壓、及填充因子。
　　 2.高器件質(zhì)量的p型微晶硅與n型納米晶硅薄膜的制備與研究
　　 采用甚高頻等離子體輔助化學(xué)汽相沉積(VHF PECVD)技術(shù)制備高電導(dǎo)率、寬帶隙的p型微晶硅薄膜,使用Raman譜儀、X射線譜儀、Hall效應(yīng)測量儀、及反射/透射譜儀等對薄膜的結(jié)構(gòu)、電學(xué)、光學(xué)等性質(zhì)進行表征,研

4、究沉積參數(shù)特別是基底溫度對p型微晶硅薄膜性能的影響。結(jié)果表明:在較低的基底溫度、較高的摻雜濃度、中等壓力、較低功率下可得到寬帶隙、高電導(dǎo)率、高透過性的p型微晶硅,應(yīng)用于柔性太陽能電池時,可以降低太陽能電池的串聯(lián)電阻和吸收損失,提高太陽能電池的光伏特性。采用射頻等離子體輔助化學(xué)汽相沉積(RF PECVD)技術(shù),在較低的溫度下得到了高電導(dǎo)率、高透過性的n型納米硅薄膜,將材料應(yīng)用于nip型柔性太陽能電池,得到了較高效率的太陽能電池。
　

5、　 3.硅薄膜柔性太陽能電池本征層材料的制備與研究
　　 為了得到較高質(zhì)量的太陽能電池本征層,采用VHF PECVD方法進行本征硅薄膜的沉積,并研究所沉積薄膜的光學(xué)、電學(xué)、及結(jié)構(gòu)特性與穩(wěn)定性。根據(jù)薄膜的結(jié)構(gòu),將生長區(qū)域分為微晶生長區(qū)、過渡區(qū)、近過渡區(qū)、及標(biāo)準(zhǔn)非晶硅生長區(qū)。對薄膜的生長從非晶向微晶的轉(zhuǎn)變及過渡區(qū)進行研究。結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變及過渡區(qū)由非晶相的生長與被刻蝕之間的競爭所決定,該競爭關(guān)系隨沉積條件而改變,隨著硅烷濃度的

6、增加,原子H的刻蝕效應(yīng)減小而非晶相的生長增加,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變與過渡區(qū)的產(chǎn)生。在較高基底溫度、較低壓力、較高功率下,過渡區(qū)向高硅烷濃度方向移動。在近過渡區(qū)域,得到了高器件質(zhì)量、高穩(wěn)定性的本征層材料。與微晶硅和標(biāo)準(zhǔn)非晶硅薄膜相比較,該薄膜材料具有較高的光電導(dǎo)與光敏性,同時還具有較高的穩(wěn)定性。
　　 4.硅薄膜柔性太陽能電池的光伏特性與穩(wěn)定性研究
　　 以近過渡區(qū)域所得到的高器件質(zhì)量材料為本征層,制備硅薄膜柔性太陽能電池,并對

7、其光伏特性與穩(wěn)定性進行研究。結(jié)果表明:該太陽能電池不僅具有較高的效率,同時還具有很高的穩(wěn)定性。
　　 5.p/i界面的研究
　　 采用H等離子體對本征層進行處理,再引入一定厚度的成核層,成功的在具有非晶特性的本征材料上得到了高電導(dǎo)率的p型微晶硅。將該技術(shù)在柔性太陽能電池中應(yīng)用時,提高了柔性太陽能電池的光伏特性。H等離體處理能刻蝕硅薄膜表面的弱鍵及無序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使薄膜表面更加致密和有序化,且H等離子體僅作用于本征穩(wěn)定非晶